微藻在能源领域的应用前景

2010年第6期精细化工原料及中间体专家论坛

粮食是人类赖以生存的重要物质基础。但由于人口数量不断增长、可耕地面积逐年减少以及发展不平衡等因素，世界粮食生产的安全形势十分严峻。据联合国粮农组织最新数据显示，目前全球饥饿人口已达9.2亿。为了应对粮食紧缺，世界各国已经放弃以玉米和大豆为原料的生物质能。另外，化石能源蕴藏量逐渐下降、国际油价将持续高位运行，温室气体排放日益严重，因此发展替代能源将是缓解能源紧张的有效方法。其中微藻被认为是一种最具前景的生物燃料原料。

1利用微藻生产生物能源的特点微藻是水生植物的一种，其特有的化学组成和结构注定它是获得生物柴油和生物质油的优良原料来源。微藻细胞的主要化学成分是脂类、纤维素、木质素和蛋白质等。根据微藻细胞这种特有的化学成分，一方面，利用高温高压液化技术或超临界CO2萃取技术，可以获得细胞中的油脂。再通过酯交换技术将其转变为脂肪酸甲酯即生物柴油；另一方面，可以利剧微藻直接热解制备生物燃料，即在绝氧的条件下将微藻加热到500℃左右，使其分解转化为其它液体、固体及气体。用以生产高芳烃、高热值、高稳定性、高辛烷值的生物质油以及到焦炭、合成气、氢气等多种燃料物质。在沸石催化剂的作用下，微藻通过热化学转化可生产出汽油型燃料；生长在海水中的绿藻，能积累大量游离的甘油以平衡环境中的盐浓度，其甘油的含量可占自身干重的50%-60%。生物质油及副产燃料有着能源密度高、易储运、含硫低等优点，与生物柴油一样，可以直接作为民用燃料和内燃机燃料。利用光合作用生长繁殖，捕获废气中的CO2，可起到保护环境的作用。有些微藻能把光合作用产物转化成油贮藏起来，在细胞内形成油滴。从这些微藻提取的油通过转酯化后可转变为脂肪酸甲酯（生物柴油）。微藻和高等植物的油属三酰基甘油酯，都可作为生物柴油的生产原料。与柴油相比，生物柴油除了具有较好的燃料性能、润滑性能和安全性能，还具有二氧化硫和硫化物排放低、不含芳香族烷烃等环保特性。与一些产油植物相比，微藻作为生产生物柴油原料，具有以下特点：（1）种类繁多，广泛分布于淡水和海水中，全球已经鉴定的微藻大约有40，000种，而且其数量还在不断增加；（2）相对于传统的油料作物，微藻具有生物量大、生长周期短。微藻的生长速率远远高于陆生作物，一般微藻在24h内其生物量就可以加倍，在指数生长期的生物量倍增时间一般为3.5h；（3）微藻油的成分与植物油相似，是植物油的替代品，可直接运用现有技术生产生物柴油；（4）一般微藻的含油量可达20％-50％，部分微藻的含油量可以超过其干质量的80％。如油质绿藻在正常和外界条件胁迫下的平均总油脂含量为25.5％和45.7%；油质硅藻平均总油脂含量分别为22.7％和44.6%。（5）微藻能用海水培养，能耐受沙漠、干旱地、半干旱地等极端环境，不占用耕地，因此不会对粮食作物的生产产生威胁；（6）微藻能吸收并利用工农业生产中排放出的大量CO2和氮化物或从废水中取得氮、磷等，有利于改善环境；（7）微藻尽管是在液体培养基中培养，但与传统的油料相比较，只需要较少的灌溉用水；（8）微藻的生物化学成分可以通过环境条件的改变加以调节，从而提高含油量；（9）能生产出有高附加值的副产品，如生物高聚物、蛋白质、色素、动物饲料、酒精以及氢气等。目前，采用微藻生产生物柴油需要实现工业化，主要需解决的以下几个问题：（1）降低生产成本。高昂的生产成本是利用微藻生产生物柴油所面临的第一个瓶颈。假设采用含油量为30％（细胞干重）的微藻来生产生物柴油，那么从培养、收集、提炼到成品，成本约为19.1元/L。而我国2008年0号柴油的价格只有6.1元/L，此价格还包含了税收、利润、运输等费用。（2）高等植物种子中的油脂大都属于中性脂，易于通过压榨的方式提取，因此提取后的油脂基本上不存在极性脂及色素。而微藻细胞小，难以采取常规的压榨方式以获取油脂，用有机溶剂来提取，油脂中不可避免地存在着色素及磷脂等极性脂，为后续提炼等过程带来了相当大的隐患。（3）生产过程利用微藻开发生物能源前景广阔

火力发电领域的应用P 04

电厂应用实例P 06

热网行业中的应用P 10

煤炭行业中的应用P 12

高性能的CS系列PLCP 15

CS1系列PLC的通讯功能P 16

CS系列PLC的LCB模块简介P 17

能源行业中的应用业绩（部分）P 1８

目前，中国的电力生产能力已居世界第二，但人均占有发电量却排位靠后。随着中

国经济的高速发展，中国电力工业发展仍有相当大的潜力和市场，但面对越来越竞争激

烈的市场，越来越严格的环境保护的要求，电力生产自动化水平的提高和管理水平的不

断进步将越来越重要。

欧姆龙在自动化领域作为领导世界新潮流的企业而享有盛名。其工业自动化产品，

包括应用广泛的可编程控制器（PLC）、人机界面（HMI）、以及传感器、调节器等元

器件。 在中国能源工业现代化、自动控制的进程中扮演了不可或缺的角色。从高技术象征的核电站到超大型临界机组；

从DCS系统的核心控制器到输煤、磨煤、化水、吹灰等诸般流程，无不体现欧姆龙产品之卓越品质。

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火力发电领域的应用

火力发电是我国电力生产的主要组成部分, 火力发电是指使用化石燃料(即煤炭、石油、天然气),通过燃烧释放出热

能加热工质, 再通过热力原动机驱动发电机的发电方式，原动机主要是锅炉和汽轮机, 燃汽轮机或内燃机。

火电厂主控系统是保证火电厂安全、稳定生产的关键，华能信息产业控股有限公司于2000年推出了基于OMRON

CS1 系列PLC的PineControl分布式智能控制系统，这种控制系统在融合了当今国内外先进DCS技术基础上有所发展和

创新，并在华能福州电厂1号发电机组的DCS改造工程中应用，两年多的运行中无任何故障，目前已经获得了国家电力

总公司鉴定。火力发电领域的应用

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火力发电领域的应用

DCS 为分布控制系统的英文（DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称，这种控制方式的目的在于危险分

散、管理和显示集中，作为现代工业自动控制系统的一种典型代表，DCS 在大型复杂的工业系统中占据了十分重要

碳纤维的应用领域及前景

carbon fibre application

作者(writer)：杨成刚 Gang chengyang

摘要（Abrtrant）：

1 碳纤维的成分结构

2 碳纤维的应用领域

3 碳纤维的发展前景

关键词（Keywords）

乱层石墨 复合材料 关键材料 军工业 民用行业 潜力极大

正文（Text）

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。 综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。 碳纤维编织布

碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。 碳纤维

1994年至2002年左右，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。现在国内已经有使用长纤碳纤维制作国家电网电缆的使用案例多处。同时，碳纤维发热产品，碳纤维采暖产品，碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。 碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国为首的巴黎统筹委员会(COCOM)， 对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策，1994年3月，COCOM虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍引不进来，特别是高性能PAN基原丝技术，即使我国进入WTO，形势也不会发生大的变化。因此，除了国人继续自力更生发展碳纤维工业外，别无其它选择。因此，国外尤其是碳纤维生产技术领先的日韩等国对中国的碳纤维材料及制品的出口一直保持相当谨慎的态度，只有为数很少的中国企业能够与其建立合作关系，拥有其产品的进口渠道。 碳纤维广泛用于民用，军用，建筑，化工，工业，航天等领域。

藻类生物质能源的种类及开发利用研究

随着经济的快速发展和人口的不断增长，全球能源消耗量日益增加，传统化石能源的储量日渐减少，能源危机愈演愈烈。因此，寻找替代能源成为挑战，藻类生物质能源逐渐成为开发利用的热点。本文将介绍几种常见的藻类生物质能源及其开发利用研究。

1.微藻生物质能源

微藻是一类单细胞海洋植物，其生长速度快、生物量高、营养成分丰富、日照利用率高，具有很高的生物质能源潜力。利用微藻生产生物燃料、生产高级生物材料、食品等都有着很广泛的应用。

研究表明，微藻可以通过复杂的培养方式获得更高的生物质量和更高的油脂产率。此外，微藻脂肪酸组成单一，可以作为燃料的原料。许多国家和地区正在投入巨资进行微藻利用技术的开发研究。

2.淡水藻生物质能源

与微藻不同，淡水藻一般生长在湖泊、水库等淡水环境中，是一种丰富的水源生态系统。淡水藻具有快速生长和适应性强的特点，是一种重要的生物质能源来源。近年来，随着燃料价格的上涨，藻类生物燃料的研究逐渐走向淡水藻领域。 淡水藻的研究还包括其对废水和含有重金属的水的净化性，淡水藻可以吸收大气中的氮和磷，减轻水体中氮磷的浓度，从而使污染严重的水体得到净化。

3.海藻生物质能源

海藻是生长在海洋环境中的多细胞藻类，是一种重要的海洋资源。海藻生物质具有很广泛的应用前景：可以作为食品、化学原料、生物燃料等多个领域的材料。其中，作为生物燃料的应用前景尤其广泛。

海藻生物质能源的开发研究主要有两个方面：一是海藻生物质能源的加工提取方法，二是海藻生长环境的调控技术。海藻的取样与分离通常采用的是潜水或鱼网等方式，提取方法则根据海藻的特点选择理化方法。

海藻生物质能源的开发利用在很多国家已经有了实际应用。如韩国，船舶燃料已经采用生物柴油和生物液化气，这些都是由海藻提取生物质能源得到的。日本则大量投资海藻生物质能源研究，已有一些海藻生物燃料的生产企业，海藻成为日本生物燃料市场的主要来源之一。